Semester 2 Kelas 11 Fisika membuka gerbang menuju pemahaman yang lebih dalam tentang fenomena alam yang kompleks, mulai dari dinamika fluida hingga gelombang dan optik. Menguasai materi ini tidak hanya krusial untuk keberhasilan akademis, tetapi juga untuk membangun fondasi yang kuat dalam pemikiran analitis dan pemecahan masalah. Artikel ini akan menjadi panduan komprehensif Anda, menyajikan contoh-contoh soal yang relevan dengan pembahasan mendalam, dirancang untuk membantu Anda tidak hanya menghafal rumus, tetapi benar-benar memahami konsep di baliknya.
Bagian 1: Dinamika Fluida – Mengalir dan Menekan
Dinamika fluida adalah studi tentang bagaimana fluida (cairan dan gas) bergerak dan bagaimana gaya memengaruhi gerakan tersebut. Dua konsep kunci yang akan kita jelajahi adalah tekanan hidrostatik dan prinsip Archimedes.
Konsep Utama:
-
Tekanan Hidrostatik: Tekanan yang diberikan oleh fluida diam pada kedalaman tertentu. Dinyatakan dengan rumus:
$P = rho cdot g cdot h$
di mana:- $P$ adalah tekanan hidrostatik (Pa)
- $rho$ adalah massa jenis fluida (kg/m³)
- $g$ adalah percepatan gravitasi (m/s²)
- $h$ adalah kedalaman (m)
-
Prinsip Archimedes: Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya apung ($F_a$) dinyatakan dengan:
$Fa = rhofluida cdot V_celup cdot g$
di mana:- $F_a$ adalah gaya apung (N)
- $rho_fluida$ adalah massa jenis fluida (kg/m³)
- $V_celup$ adalah volume benda yang tercelup dalam fluida (m³)
- $g$ adalah percepatan gravitasi (m/s²)
Contoh Soal 1:
Sebuah tangki air memiliki kedalaman 2 meter. Jika massa jenis air adalah 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi adalah 10 m/s², berapakah tekanan hidrostatik di dasar tangki?
Pembahasan Soal 1:
Kita diberikan:
- Kedalaman ($h$) = 2 m
- Massa jenis air ($rho$) = 1000 kg/m³
- Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²
Menggunakan rumus tekanan hidrostatik:
$P = rho cdot g cdot h$
$P = (1000 text kg/m³) cdot (10 text m/s²) cdot (2 text m)$
$P = 20.000 text Pa$
Jadi, tekanan hidrostatik di dasar tangki adalah 20.000 Pascal.
Contoh Soal 2:
Sebuah balok kayu dengan volume 0.005 m³ dicelupkan ke dalam air. Jika massa jenis air adalah 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi adalah 10 m/s², berapakah gaya apung yang dialami balok kayu tersebut jika seluruhnya tercelup?
Pembahasan Soal 2:
Kita diberikan:
- Volume balok kayu ($V_celup$) = 0.005 m³ (karena seluruhnya tercelup)
- Massa jenis air ($rho_fluida$) = 1000 kg/m³
- Percepatan gravitasi ($g$) = 10 m/s²
Menggunakan rumus gaya apung:
$Fa = rhofluida cdot V_celup cdot g$
$F_a = (1000 text kg/m³) cdot (0.005 text m³) cdot (10 text m/s²)$
$F_a = 50 text N$
Jadi, gaya apung yang dialami balok kayu tersebut adalah 50 Newton.
Bagian 2: Getaran dan Gelombang – Merasakan Pergerakan
Bagian ini menjelajahi fenomena getaran dan gelombang, yang merupakan dasar dari banyak fenomena alam, termasuk suara dan cahaya. Kita akan fokus pada gerak harmonik sederhana (GHS) dan karakteristik gelombang.
Konsep Utama:
-
Gerak Harmonik Sederhana (GHS): Gerak bolak-balik melalui titik kesetimbangan dengan gaya pemulih yang sebanding dengan simpangannya.
- Periode ($T$): Waktu yang dibutuhkan untuk satu getaran penuh.
- Frekuensi ($f$): Jumlah getaran per satuan waktu. Hubungannya: $f = 1/T$.
- Simpangan ($y$): Posisi benda pada waktu tertentu dari titik kesetimbangan.
- Kecepatan ($v$): Turunan simpangan terhadap waktu.
- Percepatan ($a$): Turunan kecepatan terhadap waktu.
-
Gelombang: Gangguan yang merambat melalui medium atau ruang.
- Amplitudo ($A$): Simpangan maksimum dari titik kesetimbangan.
- Panjang Gelombang ($lambda$): Jarak antara dua puncak (atau lembah) yang berdekatan.
- Cepat Rambat Gelombang ($v$): Kecepatan rambat gelombang. Hubungannya: $v = lambda cdot f$.
Contoh Soal 3:
Sebuah bandul bergetar dengan periode 2 detik. Berapakah frekuensi getaran bandul tersebut?
Pembahasan Soal 3:
Kita diberikan:
- Periode ($T$) = 2 detik
Menggunakan rumus hubungan frekuensi dan periode:
$f = 1/T$
$f = 1 / 2 text detik$
$f = 0.5 text Hz$
Jadi, frekuensi getaran bandul tersebut adalah 0.5 Hertz.
Contoh Soal 4:
Sebuah gelombang memiliki panjang gelombang 10 meter dan cepat rambat 50 m/s. Berapakah frekuensi gelombang tersebut?
Pembahasan Soal 4:
Kita diberikan:
- Panjang gelombang ($lambda$) = 10 m
- Cepat rambat gelombang ($v$) = 50 m/s
Kita dapat menggunakan rumus cepat rambat gelombang untuk mencari frekuensi:
$v = lambda cdot f$
Maka, $f = v / lambda$
$f = 50 text m/s / 10 text m$
$f = 5 text Hz$
Jadi, frekuensi gelombang tersebut adalah 5 Hertz.
Bagian 3: Bunyi – Gelombang Mekanik yang Merambat
Bunyi adalah gelombang mekanik yang memerlukan medium untuk merambat. Kita akan membahas sifat-sifat bunyi, termasuk intensitas, taraf intensitas, dan efek Doppler.
Konsep Utama:
-
Intensitas Bunyi ($I$): Daya bunyi per satuan luas. Dinyatakan dengan:
$I = P/A$
di mana:- $I$ adalah intensitas bunyi (W/m²)
- $P$ adalah daya (W)
- $A$ adalah luas (m²)
-
Taraf Intensitas Bunyi ($TI$): Tingkat kenyaringan bunyi, diukur dalam desibel (dB). Dinyatakan dengan:
$TI = 10 log (I/I_0)$
di mana:- $TI$ adalah taraf intensitas bunyi (dB)
- $I$ adalah intensitas bunyi (W/m²)
- $I_0$ adalah intensitas ambang pendengaran (10⁻¹² W/m²)
-
Efek Doppler: Perubahan frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar akibat pergerakan sumber bunyi atau pendengar. Rumusnya:
$f_p = f_s cdot (v pm v_p) / (v pm v_s)$
di mana:- $f_p$ adalah frekuensi yang didengar pendengar (Hz)
- $f_s$ adalah frekuensi sumber bunyi (Hz)
- $v$ adalah cepat rambat bunyi di udara (sekitar 340 m/s)
- $v_p$ adalah kecepatan pendengar (m/s)
- $v_s$ adalah kecepatan sumber bunyi (m/s)
(Gunakan tanda + pada pembilang jika pendengar bergerak mendekati sumber, – jika menjauhi. Gunakan tanda – pada penyebut jika sumber bergerak mendekati pendengar, + jika menjauhi.)
Contoh Soal 5:
Sebuah sumber bunyi memancarkan daya 0.01 Watt. Jika sumber bunyi ini berada pada jarak 5 meter dari pendengar, berapakah intensitas bunyi yang diterima pendengar?
Pembahasan Soal 5:
Kita diberikan:
- Daya ($P$) = 0.01 Watt
- Jarak dari pendengar ($r$) = 5 meter
Kita perlu mencari luas permukaan bola yang ditempuh bunyi pada jarak tersebut. Luas permukaan bola adalah $A = 4 pi r^2$.
$A = 4 pi (5 text m)^2 = 4 pi (25 text m²) = 100 pi text m²$
Menggunakan rumus intensitas bunyi:
$I = P/A$
$I = 0.01 text Watt / (100 pi text m²)$
$I = 0.0001 / pi text W/m²$
$I approx 3.18 times 10^-5 text W/m²$
Jadi, intensitas bunyi yang diterima pendengar adalah sekitar $3.18 times 10^-5$ W/m².
Contoh Soal 6:
Sebuah mobil ambulans bergerak mendekati seorang pengamat yang diam dengan kecepatan 20 m/s. Jika frekuensi sirine ambulans adalah 400 Hz dan cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, berapakah frekuensi sirine yang didengar oleh pengamat?
Pembahasan Soal 6:
Kita diberikan:
- Frekuensi sumber ($f_s$) = 400 Hz
- Kecepatan pendengar ($v_p$) = 0 m/s (diam)
- Kecepatan sumber ($v_s$) = 20 m/s (mendekati)
- Cepat rambat bunyi ($v$) = 340 m/s
Karena sumber bergerak mendekati pendengar, kita menggunakan tanda – pada penyebut dalam rumus efek Doppler.
$f_p = f_s cdot (v pm v_p) / (v pm v_s)$
$f_p = 400 text Hz cdot (340 text m/s + 0 text m/s) / (340 text m/s – 20 text m/s)$
$f_p = 400 text Hz cdot (340 / 320)$
$f_p = 400 text Hz cdot (1.0625)$
$f_p = 425 text Hz$
Jadi, frekuensi sirine yang didengar oleh pengamat adalah 425 Hz.
Bagian 4: Cahaya dan Optik – Sifat Dualisme dan Interaksi
Optik membahas sifat dan perilaku cahaya. Kita akan menyentuh sifat dualisme cahaya dan hukum-hukum pemantulan serta pembiasan.
Konsep Utama:
-
Sifat Dualisme Cahaya: Cahaya memiliki sifat sebagai gelombang (misalnya dalam difraksi dan interferensi) dan sebagai partikel (foton) (misalnya dalam efek fotolistrik).
-
Hukum Pemantulan:
- Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
- Sudut datang ($i$) sama dengan sudut pantul ($r$).
-
Hukum Pembiasan (Hukum Snellius):
- Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
- Perbandingan sinus sudut datang terhadap sinus sudut bias adalah konstan dan sama dengan perbandingan indeks bias medium tujuan terhadap indeks bias medium asal.
$n_1 sin i = n_2 sin r$
di mana:- $n_1$ adalah indeks bias medium asal
- $n_2$ adalah indeks bias medium tujuan
- $i$ adalah sudut datang
- $r$ adalah sudut bias
Contoh Soal 7:
Sebuah sinar cahaya datang dari udara ($n_1 = 1$) menuju ke dalam air ($n_2 = 1.33$) dengan sudut datang 30°. Berapakah sudut biasnya?
Pembahasan Soal 7:
Kita diberikan:
- Indeks bias udara ($n_1$) = 1
- Indeks bias air ($n_2$) = 1.33
- Sudut datang ($i$) = 30°
Menggunakan Hukum Snellius:
$n_1 sin i = n_2 sin r$
$1 cdot sin 30° = 1.33 cdot sin r$
$1 cdot (0.5) = 1.33 cdot sin r$
$0.5 = 1.33 cdot sin r$
$sin r = 0.5 / 1.33$
$sin r approx 0.376$
Untuk mencari sudut $r$, kita gunakan fungsi arcsin:
$r = arcsin(0.376)$
$r approx 22.1°$
Jadi, sudut biasnya adalah sekitar 22.1°.
Contoh Soal 8:
Sebuah cermin datar diletakkan di depan seorang anak. Jika jarak anak dari cermin adalah 1 meter, berapakah jarak bayangan anak dari cermin?
Pembahasan Soal 8:
Untuk cermin datar, jarak benda ke cermin selalu sama dengan jarak bayangan ke cermin.
- Jarak benda (anak) ke cermin = 1 meter.
- Maka, jarak bayangan anak ke cermin = 1 meter.
Bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah tegak, sama besar, dan maya.
Penutup
Memahami konsep-konsep fisika yang dibahas dalam artikel ini akan memberikan Anda fondasi yang kokoh untuk melanjutkan pembelajaran di tingkat yang lebih tinggi. Ingatlah bahwa kunci utama dalam fisika adalah pemahaman konsep, bukan sekadar menghafal rumus. Latihan soal secara rutin, pahami setiap langkah dalam penyelesaian, dan jangan ragu untuk bertanya jika ada yang belum jelas. Dengan dedikasi dan pendekatan yang tepat, Anda pasti dapat menguasai materi Fisika Kelas 11 Semester 2. Selamat belajar!
Tinggalkan Balasan